调节容量比较分析：效果优化探究

1.一次调频容量的对比分析

基于火电机组一次调频参数，计算其所具备的最大一次调频能力，同时考虑电池储能功率与容量的特性，确定与该火电机组具备同等一次调频能力的电池储能功率与容量。为避免电网允许的小负荷波动造成电池储能的频繁动作，应对电池储能设置调频死区。频率偏差死区的规定可参考各区域电网的具体要求。当频率偏差越过死区后，一次调频机组/设备需动作。火电机组的一次调频幅度由额定转速阶跃至（3000±α）r/min时，设其对应的负荷变化幅度为±β倍的机组额定容量（α、β为实数）。根据火电机组一次调频的负荷变化限幅要求，可确定与此机组具备同等一次调频能力的电池储能功率为

P_{B_prim}=βP_G （2-2）

式中　P_{B_prim}——电池储能一次频率调节所需功率；

P_G——火电机组额定容量。

设一次调频从响应至频率恢复稳定的时间为T_prim，电池储能替代此火电机组进行一次调频所需的容量为Q_{B_prim}，由于深充、深放不利于电池的使用寿命，且考虑保证电池储能调频的可靠性，在不考虑充放电损耗的前提下，电池储能所需配备的容量计算为

Q_{B_prim}=2P_{B_prim}·T_prim+Q_{B_prim}SOC_{Lim_down}+Q_{B_prim}（1-SOC_{Lim_up}） （2-3）

式中　SOC_{Lim_down}——电池储能允许放电的荷电状态下限；

SOC_{Lim_up}——储能允许充电的荷电状态上限。

图2-3　一次调频所需电池储能系统容量 与持续时间关系图

我国火电机组的额定容量从50～1000MW不等，其中以额定容量为200～1000MW的火电机组为主。由式（2-2）可知，与火电机组具备同等一次调频能力的电池储能功率可由火电机组的负荷变化幅度确定，且与其成比例关系。由式（2-4）可知，电池储能的容量取决于火电机组负荷变化幅度、调频持续时间以及电池储能本身的容量上、下限。当火电机组型号确定后，其一次调频参数（如负荷变化幅度等）便可获知，为定值；电池储能类型确定，其容量上、下限值便为已知数。因此，与传统机组具备同等一次调频能力的电池储能容量Q_{B_prim}与一次调频持续时间T_prim为线性关系，如图2-3所示。随着一次调频持续时间的增长，所需容量线性增大；同等一次调频持续时间下，机组的额定容量大，所需电池储能容量也大。

2.二次调频容量的对比分析

基于火电机组二次调频参数，计算其所具备的最大二次调频能力，结合电池储能功率与容量特性，配置与火电机组具备同等二次调频能力的电池储能功率与容量。

设火电机组进行AGC调频的功率调节范围为γ₁P_G～γ₂P_G，对机组功率变化率的要求为不得低于μ_AGCP_G，火电机组每分钟功率变化率最高为μ_maxP_G，其中μ_AGC≤μ_max。若火电机组AGC调节的持续时间为T_AGC，则火电机组在时间T_AGC内可达到的最大功率为

P_AGC=μ_maxP_GT_AGC （2-5）(www.xing528.com)

式中　P_AGC——火电机组在AGC调节时间内可达到的最大功率；

μ_max——火电机组每分钟的最高功率变化量。

依据式（2-5），若电池储能与该火电机组具备同等的AGC调频能力，其功率与火电机组在持续时间内可达到的最大调节功率相同，即

P_{B_AGC}=P_AGC （2-6）

在不考虑电池储能充放电损耗的情况下，所需电池储能容量计算为

由式（2-6）和式（2-8）可知，火电机组额定容量确定时，所需电池储能功率与AGC调频持续时间为线性关系。机组容量已知时，随着调频持续时间增大，所需电池储能功率线性增大；同一调频持续时间段内，机组额定容量值越大，所需电池储能功率也越大，如图2-4所示。

图2-4　AGC调频所需电池储能系统功率与持续时间关系图

由式（2-8）可知，在火电机组额定容量确定的情况下，所需电池储能容量为AGC调频持续时间的二次函数，其特性如图2-5所示。由图2-5可知，随着AGC调频持续时间增长，所需电池储能容量增大；AGC调频持续时间确定时，随着机组额定容量的增大，所需电池储能容量也增大。

以某200MW的火电机组为例，对与其具备同等一、二次调频能力的电池储能系统进行容量配置，并对两者的可靠性进行对比分析。

火电机组的频率偏差死区为Δf_SQ=±0.033Hz，一次频率调节幅度为由额定转速阶跃至（3000±12）r/min，对应的负荷变化幅度β为±10%，一次调频稳定时间T_prim为40s，假设电池所规定的SOC上、下限SOC_{Lim_up}和SOC_{Lim_down}分别为±10%，则可计算与此火电机组具备同等一次调频能力的电池储能系统所需功率与容量大小分别为P_{B_prim}=20MW，Q_{B_prim}=0.56MWh。

图2-5　AGC调频所需电池储能系统 容量与持续时间关系图

火电机组的AGC功率调节范围中的γ₁为50%，γ₂为100%，机组AGC每分钟功率变化率_μAGC为1%，火电机组每分钟可达到的最大变化率μ_max为3%左右，AGC调频持续时间为30～180s，因此，可计算与此火电机组具备同等二次调频能力的电池储能系统所需功率与容量大小分别为P_{B_AGC}=18MW，Q_{B_AGC}=1.88MWh。

由此可知，与200MW火电机组具备同等一、二次调频能力的电池储能系统所需功率与容量分别为P_B=20MW，Q_B=2.44MWh。也就是说，所需电池储能额定功率为20MW，持续时间约为8min。